氯化氫含氧量等技術條件對三氯氫硅質量、產量的影響

杜俊平趙雄

（1,中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）（2,洛陽中硅高科技有限公司，河南 洛陽 471000）

三氯氫硅（TCS）合成的基本反應式為Si+3HCl=SiHCl3+H2，在生產過程中會有大約15%的副產物STC產生。目前，國內外基本通過生產有機硅、氫化生產TCS及白炭黑等工藝消耗STC，但從節能減排，降低成本的角度分析，提高三氯氫硅合成的效率依然是合成生產過程中控制的關鍵點之一。

1 HCl含氧、H2O對TCS生成反應的影響

在合成反應過程中，因為Si-O鍵比Si-Cl鍵更為穩定，所以反應生成的TCS在有氧及H2O存在的前提下極易發生副反應，降低三氯氫硅的收率，使生產成本進一步增加。同時，副反應產物鹽酸對設備的腐蝕性相當嚴重。所以，在生產過程中如何嚴格控制硅粉及氯化氫的含水量是三氯氫硅合成反應控制的要點之一[1]。作者在生產實踐中發現，當HCl的含量為0.1%時，則TCS含量小于80%，當HCl含水量為0.05%時，則TCS含量可增加或接近到90%，因此，硅粉及HCl的干燥是十分關鍵的。

目前，在工業生產過程中，氯化氫脫水基本依靠冷凍、霧沫分離的技術進行，通過冷卻氯化氫至-10℃可以有效控制其含水量在100ppm以下。

2 反應溫度對TCS生成的影響

STC為四面體結構，Si原子與Cl原子通過共價鍵相連，結合比較緊密，這種結構造成STC的熱穩定性要優于TCS，即便溫度高達600℃也可以穩定存在。TCS結構并不對稱，Si原子與Cl原子通過近離子鍵相連，熱穩定性較差，溫度為400℃時開始分解，550℃時分解劇烈。

在生產過程中，三氯氫硅的生成受溫度的影響較大，溫度較低則反應速度較慢，溫度過高則副反應較多，通過作者多年的生產經驗，控制合成爐中部溫度330-350℃時，合成的效率基本可以控制在一個較高的水平。同時，經生產實踐發現，反應溫度與硅粉中雜質含量的大小具有一定得關系。硅粉中雜質含量高時，TCS生成的溫度較低；硅粉中雜質含量較低時，需提高反應溫度。在實際生產過程中，需根據每批采購硅粉的雜質含量來確定最佳反應溫度，最終獲得TCS的最高收率。

3 HCl的純度對TCS生成的影響

在三氯氫硅生產反應中，適量氫的加入，會使反應朝著有利于TCS生成的方向進行：

（1）與（2）兩式相乘得

由于上述反應處于同一平衡體系

當加氫氣稀釋時，氫氣增大，而氯化氫相應降低，三氯氫硅與四氯化硅的比值增大，因而合成液中三氯氫硅的含量也隨之增加。

4 硅粉粒度對TCS生成的影響

硅粉與氯化氫氣體的反應從動力學的角度分析為氣體與核狀固體反應模型。從這個角度分析，核狀固體的比表面越大越有利于反應的進行，比表面越小越不利于反應的進行。同時，結合該反應的流態化過程可以得知，顆粒較小時，顆粒在爐內的停留時間會小于其爐內反應時間，也就是說硅粉還未反應完全就被氣流帶出反應爐，造成硅粉的大量損耗，并堵塞后續系統。經過多年的生產實踐，這種現象可以通過適當加高爐桶高度，增加硅粉在爐內的停留時間，及控制合適粒度范圍的硅粉來解決。

5 反應料層高度對TCS生成的影響

在三氯氫硅生產過程中，控制合適高度的硅料層對該反應的進行及生產成本有較大的影響，一般根據流化床面積及爐體高度來確定。料層高度過低時，反應的流態化不是很好，造成氯化氫大量浪費，成本居高不下。料層高度過高時，在保證正常氯化氫供應量的前提下，會使得爐內流態化很差，反應局部過熱，嚴重時會使反應器花盤受到損壞。

綜上所述，在生產過程中應理論結合實際，確定出生產成本最低的工藝操作條件，同時應對存在問題的管道及設備及時進行技術更新，確保安全、環保、穩定生產。

[1]丁國江.改進型三氯氫硅合成工藝初探[J].四川有色金屬，1998，（4）：11.